Volumetrie en proteomica bij geshunt normale druk hydrocephalus (LiNPH)

ACHTERGROND & SAMENVATTING BESCHRIJVING VAN HET PROJECT

Idiopathische normale druk hydrocephalus (=iNPH) is een aandoening met een verstoorde cerebrale dynamiek die symptomen veroorzaakt in de vorm van evenwichts- en loopstoornissen, incontinentie en cognitieve stoornissen bij patiënten met cerebrale ventriculaire dilatatie. De aandoening komt veel vaker voor dan algemeen bekend is, met een prevalentie die sterk toeneemt met de leeftijd, van 2,1% in de leeftijd van 70 tot 8,9% in leeftijden ouder dan 80 jaar. Adams en Hakim beschreven de ziekte al in 1965 op basis van symptomatologie en omkeerbaarheid van symptomen na CSF-tikken. Het duurde echter tot 2005 voordat er een compilatie van evidence-based richtlijnen voor de diagnose en behandeling van de ziekte verscheen, de iNPH International Guidelines. Er werd gesteld dat er op dit moment naast de CSF-tap-test geen betrouwbare voorspellende test is voor de waarschijnlijkheid van een patiënt om te reageren op rangeren. Er zijn verschillende schalen om de ernst van de ziekte te beoordelen, waaronder de iNPH-schaal, met de subschalen gang, evenwicht, neuropsychologie en continentie.

Op de afdeling Neurochirurgie (NK) en Neurologie (NL), Linköping Universitair Ziekenhuis, werkt sinds 2004 een goed functionerend multiprofessioneel team. Het team onderzoekt en behandelt iNPH met verwijzingen uit de Zuidoost-gezondheidsregio van Zweden. Jaarlijks komen er ongeveer 250 verwijzingen binnen, worden 70-80 patiënten geëvalueerd en worden minimaal 40 patiënten geopereerd met ventriculoperitoneale shunting. De evaluatie bestaat in de eerste fase uit radiologisch onderzoek, een klinisch onderzoek door een neuroloog, gevolgd door een motorisch onderzoek door een fysiotherapeut en een cognitief onderzoek door een ergotherapeut. CSF-taptests worden meestal uitgevoerd waarbij tot 50 ml hersenvocht wordt afgetapt door lumbaalpunctie, wat bij iNPH meestal de symptomen verlicht. Assessment omvat ook video-opname van het bewegingspatroon van een kwalitatief assessment. De resultaten worden samen met de radiologie samen gewogen en vervolgens beslist het team of de patiënt een behandeling moet worden aangeboden. De patiënten worden op NK geopereerd met ventriculoperitoneale shunting en drie maanden na de operatie op NL gevolgd met dezelfde motorische en cognitieve tests, waarna de resultaten worden geëvalueerd. In grotere studies verbeterde ongeveer 70% van de iNPH-patiënten die een shunt kregen postoperatief.

Shunttherapie is de enige behandeling van iNPH en is beschikbaar sinds de jaren vijftig. Het doel van de behandeling is om de hoeveelheid hersenvocht in het ventriculaire systeem te verminderen en daardoor het volume in het ventriculaire systeem te normaliseren. Sinds het begin van de jaren negentig worden in toenemende mate verstelbare shuntkleppen gebruikt. Dit betekent dat de klep indien nodig na implantatie kan worden aangepast met een externe magneet die op de plaats van de klep wordt aangebracht. Het nadeel van de meeste instelbare ventielen is dat de ventielinstelling onbedoeld kan worden aangepast bij blootstelling aan sterke magnetische velden, bijvoorbeeld als de patiënt een magnetisch cameraonderzoek ondergaat. Verstelbare ventielen bieden echter veel voordelen, omdat de weerstand ook na de operatie kan worden aangepast aan de behoeften van de patiënt. Een van de meest voorkomende complicaties na shunting (subduraal hematoom) kan bijvoorbeeld vaak worden behandeld door de klepweerstand te verhogen. In 2015 introduceerde het bedrijf Codman Johnson & Johnson een nieuwe shuntklep, Certas Plus, een instelbare shunt met acht verschillende instellingen. De klep is gevestigd in de klinische praktijk. Bijzonderheden zijn de hoogste stand (8) die 40 cm H20 is, wat een zeer hoge weerstand is die in theorie gelijk zou moeten staan ​​aan een uitgeschakelde shunt en door het bedrijf "virtueel uit" wordt genoemd. Het is ook ontworpen om MR-resistent te zijn en verandert dus niet van instelling wanneer het wordt blootgesteld aan een magnetisch MRI-veld. Deze eigenschappen zijn tot nu toe in vitro getest, maar er zijn nog geen klinische studies uitgevoerd. De voordelen van deze functies zijn mogelijk minder chirurgische ingrepen en intramurale zorg en stellen patiënten in de Zuidoost-gezondheidsregio ook in staat om geplande en acute MRI-onderzoeken in hun thuisziekenhuis uit te voeren zonder naar de neurochirurgische afdeling in Linköping te hoeven gaan voor klepaanpassing.

Ventriculaire dilatatie is een radiologische diagnose. Sinds de jaren 1940 wordt de grootste diameter tussen de laterale begrenzingen van de laterale ventrikels en de grootste bipariëtale diameter aan de binnenkant van de schedel gemeten om de zogenaamde Evans-index te verkrijgen door de twee te delen en de verhouding te verkrijgen. Het is gemakkelijk te meten, maar het is een methode met veel foutbronnen en een slechte gevoeligheid voor volumeveranderingen in het ventriculaire systeem. Zowel in de klinische praktijk als in het onderzoek is behoefte aan een betrouwbaardere methode. Volumetrie, oftewel het meten van het volume van de ventrikels, is een steeds vaker toegepaste methode geworden die in de klinische praktijk echter nog niet heeft plaatsgevonden vanwege tijdrovende handmatige berekeningen. Met MRI-beelden die in speciale software (ITK-SNAP) worden omgezet, kan het volume worden berekend en kan een driedimensionaal beeld van het ventriculaire systeem worden geplot. Enkele studies in de literatuur hebben de relatie bestudeerd tussen de weerstand van de shuntklep en de vermindering van het ventriculaire volume. Er zijn geen prospectieve geblindeerde studies die de verandering in ventrikelvolume gerelateerd aan shunttherapie, shuntweerstand bestuderen, noch zijn er studies naar de vraag of er een correlatie is tussen ventrikelvolumereductie en postoperatieve klinische uitkomst. Een studiegroep in Uppsala heeft onlangs een studie gepubliceerd over iNPH-patiënten met een shunt waarbij een nieuwe MRI-technologie ontwikkeld in Linköping (SyntheticMR) duidelijk kan laten zien hoe het ventriculaire volume afneemt na behandeling zonder de index van Evans te veranderen. In hetzelfde onderzoek kon ook worden aangetoond hoe een andere parameter in de ventrikels, de zogenaamde callosale hoek, na rangeren duidelijk verandert. Dit maakt deel uit van een radiologische beoordelingsschaal, Radscale, die op deze patiëntengroep kan worden toegepast. Dezelfde onderzoeksgroep heeft eerder met SyntheticMR ook kunnen aantonen hoe het ventriculaire volume na taptesten bij iNPH-patiënten afneemt om binnen 24 uur weer op het oorspronkelijke niveau te komen. CMIV (=Centrum voor Medische Beeldvorming en Visualisatie) in de VS Linköping heeft verschillende 3-Tesla MR-camera's van het Universitair Ziekenhuis en een goede technologische en wetenschappelijke kennis van SyntheticMR terwijl de methode daar wordt ontwikkeld. Met behulp van een kort MRI-protocol (6 minuten) produceert het kwantitatieve gegevens over de toestand van het hersenweefsel, waardoor het gemakkelijk is vast te stellen wat grijze en witte hersenstof is, het ondersteunende eiwit myeline van de hersencellen en het hersenvocht en berekent het volume van elk onderdeel. Sequenties met standaardprotocollen voor hydrocephalus, inclusief DTI (=Diffusion Tensor Imaging)-sequenties, vereisen 15-20 minuten extra in de MRI-camera. SyntheticMR kan ook, als de tot nu toe enige methode, eenvoudig het volume van CSF berekenen dat zich buiten de ventrikels in de basale reservoirs en hersensulci bevindt. Tot nu toe heeft echter niemand de volumes van extracerebraal CSF in de gezonde hersenen of in iNPH bestudeerd. Bovendien heeft niemand bestudeerd hoe dit extracerebrale CSF-volume verandert als reactie op rangeren.

Het proteoom is de verzamelnaam van de eiwitten die een organisme of een orgaan synthetiseert. Het proteoom is niet constant maar varieert tussen verschillende organen in hetzelfde organisme en in hetzelfde orgaan in de loop van de tijd en verandering in het zieke organisme of orgaan. Proteomics is de wetenschap van deze eiwitten en kan worden gebruikt om te onderzoeken waar en wanneer bepaalde eiwitten kunnen worden gevonden, concentraties hiervan, hoe ze worden afgebroken, gemodificeerd en interageren in verschillende fysiologische en ziekteprocessen. Sommige neurologische ziekten zijn gekarakteriseerd in hun proteomische veranderingen, zoals essentiële tremor en chronische neuropathische pijn, door de leden van onze onderzoeksgroep. De proteomics van de cerebrospinale vloeistof bij patiënten met iNPH is relatief onontgonnen met slechts drie studies in de literatuur. Deze hebben enkele eiwitten gekenmerkt die opvallen in vergelijking met wat wordt verwacht in een gezond brein. Er zijn geen vergelijkende onderzoeken uitgevoerd tussen CSF afgenomen via lumbaalpunctie en cerebrospinale vloeistof uit de ventrikels. Op de afdeling Pijn- en Revalidatiegeneeskunde van het Linköping Universitair Ziekenhuis is een proteomics lab (PAINOMICS lab) met veel wetenschappelijke publicaties gevestigd. De standaardmethoden die beschikbaar zijn voor proteomics-onderzoeken zijn tweedimensionale gelelektroforese (2D-elektroforese) en massaspectrometrie (LC-MS/MS). Deze worden toegepast om tot duizend eiwitten in één monster te analyseren en met op antilichamen gebaseerde technologie te valideren. Met op antilichamen gebaseerde technologie kan men bovendien tot 86 cytokines, chemokines, groeifactoren en stofwisselingsstoffen analyseren in een zogenaamd multiplex panel. De datasets verkregen in proteomische studies zijn complex. Deze datasets zijn opgebouwd uit vele en sterk gecorreleerde variabelen (concentraties van eiwitten). Men kan dan inhoudsveranderingen van eiwitten tussen patiënten met iNPH en controles vergelijken om een ​​verschil in "vingerafdruk" van het proteoom vast te stellen. Er is grote behoefte aan nieuwe biomarkers als aanvulling op de momenteel beschikbare methoden voor het stellen van een definitieve diagnose, het beoordelen van de waarschijnlijkheid dat de therapie succesvol zal zijn en het creëren van een dieper begrip van de pathofysiologie van iNPH.

DOELSTELLINGEN, WETENSCHAPPELIJKE KWESTIES EN SUBSTUDIES:

1. Evalueer en valideer een klinisch bruikbare methode voor het bewaken van ventriculaire volumes met synthetische MRI. Vergelijking met een gevestigde volumetrische methode (ITK-SNAP) en voor intra- en interbeoordelaarsbetrouwbaarheid.
2. Breng ventriculaire volumes en hoeveelheid extracerebraal intracraniaal CSF in kaart tijdens normale fysiologische omstandigheden bij gezonde controlepersonen en van INPH-patiënten en bereken hoe deze volumes veranderen na shunten in INPH.
3. Onderzoek hoe volumeverandering en verandering in volumetrie en iNPH Radscale na shunten correleren met de klinische uitkomst 3 maanden na de operatie.
4. Onderzoek de shuntklep CERTAS PLUS op zijn functie en veiligheid voor MR-weerstand in vivo en correleer de mate van vermindering van het ventriculaire volume op basis van de weerstand van de klep.
5. Breng de proteomische expressie van iNPH in CSF en bloedplasma pre-operatief in kaart en volg veranderingen op 3, 12 en 36 maanden na ventriculoperitoneale shunting.
6. Vergelijk hoe de proteomics in CSF in iNPH verschillen tussen lumbale en ventriculaire CSF en bloedplasma. Onderzoek of de lumbale CSF van iNPH-patiënten anders is dan een neurologisch gezond cohort, controlepersonen van vergelijkbare leeftijd en patiënten met essentiële tremor.

PROJECTPLAN, UITVOERING EN SELECTIE VAN ONDERZOEKSOBJECTEN:

De Zweedse National Ethics Review Board (Etikprövningsmyndigheten), ref. nr. 2020-0071920, heeft dit projectplan goedgekeurd.

Vijftig patiënten die het onderzoek van het NPH-team hebben ondergaan en die geschikt worden geacht voor shuntbehandeling, worden achtereenvolgens gerekruteerd voor de studie.

Een controlegroep bestaande uit 50 vrijwillige personen ouder dan 60 jaar wordt gerekruteerd via de wachtlijst voor operaties van de afdelingen Orthopedie, Urologie en Gynaecologie van het Linköping Universitair Ziekenhuis. Vrijwilligers zullen worden geworven uit oudere patiënten die tijdens geplande orthopedische/gynaecologische/urologische chirurgie in spinale anesthesie een lumbaalpunctie zullen ondergaan voor het aanbrengen van de anesthesie. Vrijwilligers zullen preoperatief een MRI-onderzoek ondergaan, inclusief standaardsequenties en SyntheticMR-protocollen voor volumetrie.

Het preoperatieve onderzoek van iNPH-patiënten door het NPH-team bestaat uit de volgende onderzoeken: 1. Klinische beoordeling door een neuroloog. 2. Evenwicht en loopvermogen wordt beoordeeld door een fysiotherapeut. Tests omvatten Timed Up and Go (TUG), aantal stappen en tijd, evenals loopschaal, balansschaal en 10 m lopen als onderdeel van de iNPH-schaal. 3. Een ergotherapeut beoordeelt de cognitieve functies en voert de volgende testen uit: MMSE (=Mini-Mental State Examination), Grooved pegboard, Rey Auditieve Verbale Leertest, Stroop kleurbenoeming en Stroop interferentie, Trail Making Test A en B. 4. Inschatting van urine-incontinentie wordt gedaan op de urine-incontinentieschaal. Alle beoordelingen worden gecombineerd in de iNPH-schaal.

Een lumbaalpunctie met meting van intrathecale druk, analyse van cellen, eiwit, antistoffen tegen de ziekte van Lyme en de CSF-tap-test behoort tot het basisonderzoek. De medische geschiedenis van de patiënt, symptomen en resultaten van radiologie en CSF-tap-test worden binnen het NPH-team besproken om te beslissen of de patiënt geschikt wordt geacht voor een shunt.

Patiënten die door het team worden aanbevolen om te rangeren en niet voldoen aan de uitsluitingscriteria van de studie, worden opgeroepen voor een poliklinisch bezoek aan dr. Rafael Holmgren, worden geïnformeerd over de voorgenomen operatie en de bijbehorende risico's en krijgen deelname aan de studie aangeboden na mondelinge en schriftelijke informatie. Patiënten krijgen tijd om na te denken en terug te gaan naar de telefoon van de contactverpleegkundige alvorens op te nemen.

Vrijwilligers in de controlegroep worden gerekruteerd onder patiënten die gepland zijn voor een operatie in spinale anesthesie door de afdelingen Orthopedie, Urologie en Gynaecologie van het Linköping Universitair Ziekenhuis. Over mogelijke deelname aan het onderzoek worden zij, naast schriftelijke informatie, mondeling telefonisch geïnformeerd of desgewenst tijdens een poliklinisch consult bij dr. Rafael Holmgren. Deelnemers in de controlegroep ondergaan voor hun operatie een MRI-onderzoek met standaardprotocol en Synthetische MRI. Voordat spinale anesthesie wordt toegediend, wordt 10 ml lumbale CSF afgenomen voor analyse van het proteoomprofiel, evenals een bloedmonster voor hetzelfde doel.

Deelnemende iNPH-patiënten die geshunt worden, ondergaan de dag voor de operatie een MRI met aangepast standaardprotocol en SyntheticMR; benodigde tijd is ongeveer 45 minuten.

De volgende dag ondergaan de patiënten algehele anesthesie en wordt een lumbaalpunctie uitgevoerd, waarna 10 ml hersenvocht wordt afgenomen. Tegelijkertijd wordt ook een bloedmonster genomen voor proteomische analyse. De patiënt wordt geopereerd met ventriculoperitoneale shunt volgens een standaardprocedure door een van de drie chirurgen (dr. Rafael Holmgren, dr. Peter Zsigmond of dr. Martin Nilsson bij NK). Patiënten krijgen een Codman CERTAS PLUS shuntklep met een van de twee klepinstellingen die blind zijn voor de operator, patiënt en radiologische onderzoekers (ingesteld door een andere collega in overeenstemming met randomisatie): 4 (=110 mm H20 , conventionele standaardinstelling) of 8 (> 400 mm H20 oftewel "virtueel uit"). Terwijl de hersenventrikels door de katheter worden doorboord, wordt hier nog eens 10 ml CSF voor proteomics verzameld. De monsters worden naar het proteomics-laboratorium getransporteerd, gecentrifugeerd, verdeeld in kleine porties voordat ze worden ingevroren. Ze worden vervolgens opgeslagen in de biobank bij Arbeids- en Milieugeneeskunde in het Linköping Universitair Ziekenhuis (geregistreerd bij de Nationale Raad voor Gezondheid en Welzijn). Elke inkomende proefpersoon krijgt een uniek codenummer en alle reageerbuizen zijn gemarkeerd met dit nummer. De codesleutel wordt bewaard in een afgesloten kast op de afdeling Neurochirurgie in Linköping.

Ongeveer 36 uur (spreiding 24-48 uur) na de operatie ondergaat de patiënt een nieuw MRI-onderzoek met SyntheticMR en na dit onderzoek wordt de klepinstelling gecontroleerd met een leeskompas dat boven de klep wordt gehouden. De patiënten die aanvankelijk stand 8 van de klep kregen, worden nu aangepast om de standaardstand 4 te krijgen, tenzij ze na de operatie een subduraal hematoom hebben opgelopen, wat postoperatief wordt gedetecteerd bij het MRI-onderzoek. De patiënt wordt vervolgens ontslagen naar het huis of naar het plaatselijke ziekenhuis. Zo keren alle patiënten huiswaarts met een functionerende shuntbehandeling.

De patiënten worden na drie maanden teruggebeld voor standaard follow-up voor geshunte iNPH-patiënten voor een volgend bezoek aan de chirurg en voeren een klinisch onderzoek/follow-up uit door een fysiotherapeut en ergotherapeut met hetzelfde protocol voor de motorische en cognitieve tests als voor de operatie. Patiënten ondergaan ook een nieuw MRI-onderzoek met hetzelfde protocol als voor de operatie. De shuntklepinstelling wordt na de MRI gecontroleerd om te bevestigen dat de klepinstelling hetzelfde is als voorheen. Ook wordt de shuntklepkamer onder steriele omstandigheden doorboord met een kleine naald om 10 ml CSF uit de ventrikels te verkrijgen en er wordt ook een bloedmonster genomen voor proteomische analyse.

Patiënten worden één en drie jaar na de operatie teruggebeld naar de opererende arts voor klinische beoordeling en nieuwe punctie van de shuntklep en bloedonderzoek met dezelfde procedure als bij de controle na 3 maanden.

Alle shuntgerelateerde complicaties, inclusief aanpassingen van de shuntweerstand in verband met MRI, worden continu geregistreerd.

CSF- en bloedstalen-assays worden uitgevoerd door professor Bijar Ghafouri in het Painomics-laboratorium met zowel massaspectrometrie als 2D-elektroforese om de eiwitten te identificeren, te scheiden en ELISA-technieken om ze te karakteriseren. De identiteit van het monster is verblind voor de onderzoeker.

MRI-onderzoeken worden geanalyseerd in specifieke software die is aangepast voor de beoordeling van volumes in onderzoeken die zijn uitgevoerd met zowel conventionele technologie (ITK SNAP) als synthetische MR-technologie door Dr. Holmgren en Dr. Georgiopoulos. De identiteit van de patiënt en de shuntinstelling zijn geblindeerd voor de onderzoekers, evenals de timing van het onderzoek.

STATISTISCHE BASIS VOOR DE GROOTTE VAN DE ONDERZOEKSBEVOLKING

Een aantal van vijftig iNPH-patiënten wordt voldoende geacht om aan de gestelde doelen van het project te voldoen. Dit komt omdat de studies in proteomics bij iNPH (door Chen et al en Li et al, zie referenties) respectievelijk 18 en 15 patiënten omvatten en duidelijke statistisch significante resultaten verkregen. De onderzoeken naar het ventrikelvolume berekend met synthetische MRI na lumbaalpunctie en shunting door Virhammar et al omvatten respectievelijk 23 en 18 patiënten en gaven duidelijke statistisch significante resultaten. Het aantal neurologisch gezonde controlepersonen/vrijwilligers in de controlegroep bedraagt ​​50, wat overeenkomt met het aantal INPH-patiënten.